Новости химической науки > Нейтральные атомы ведут себя как заряженные частицы

Дополняя свои прежние исследования, посвященные атомами с помощью синтетических магнитных полей, исследователи из Объединенного Квантового Института (JQI) в сотрудничестве с Национальным Институтом Стандартов и Технологий (NIST) и Университета Мэриленда заставили атомы вести себя подобно заряженным частицами, ускоряемым синтетическими электрическими полями.

Такие синтетические электрические поля заставляют каждый индивидуальный атом газа вести себя подобно заряженной частице, хотя эти атомы и остаются электронейтральными, незаряженными частицами. Такая двойственность поведения поможет исследователям симулировать и изучать электрические явления на фундаментальном уровне, возможно, дав более глубокое понимание таким необычным явлениям, как сверхпроводимость или квантовый эффект Холла.

Схематическая диаграмма электрического поля, создаваемого изменяющемся во времени векторным потенциалом. (Рисунок из Nature Physics, 2011; DOI: 10.1038/nphys1954)

Некоторые аспекты электрических явлений достаточно сложно изучать блапгодаря отталкиванию одноименно заряженных частиц. Чтобы облегчить себе задачу изучения фундаментальных свойств электричества Ян Шпильман (Ian Spielman) из NIST с коллегами подумали, что они могут заставить атомы, являющиеся типичными электронейтральными частицами, вести себя в электрическом поле как заряженные частицы, расширив тем самым ранее разработанный метод, с помощью которого им удалось управлять нейтральными атомами как заряженными частицами с помощью магнитных полей.

Исследователи создали синтетическое электрическое поле в ультраохлажденном газе, содержавшем несколько сотен тысяч атомов рубидия. С помощью лазеров исследователи изменяли соотношение энергия-момент движения, передавая часть момента движения лазера атомам, заставляя их двигаться. На каждый атом действует сила, физически и математически идентичная силе, которая действует на заряженную частицу в электрическом поле.

Таким образом, хотя каждый из нейтральных атомов испытывает воздействие синтетического электрического поля, они не отталкиваются друг от друга так, как это делают обычные заряженные частицы в обычном электрическом поле.

Шпильман считает, что результаты его работы помогут исследователям в изучении эффекта Холла, а также упростить измерения атомных эквивалентов таких электрических свойств, как сопротивление и индуктивность. Для нейтральных атомов в синтетических электрических полях индуктивность представляет собой энергию, запасающуюся в результате движения атомов, а сопротивление – мера потери энергии системой.

Источник: Nature Physics, 2011; DOI: 10.1038/nphys1954

метки статьи: #квантовая химия, #реакционноспособные частицы, #физическая химия